Скорость звука в морской среде и ее вычисление (обзор)

Авторы

  • Ластовенко О.Р Севастопольский государственный университет, Российская Федерация ORCID iD 0000-0002-4765-7347
  • Лисютин В.А. Севастопольский государственный университет, Российская Федерация ORCID iD 0000-0003-3363-888X
  • Маленко Ж.В. Морской институт им. вице-адмирала В.А. Корнилова – филиал Государственного морского университета им. адм. Ф.Ф. Ушакова, Российская Федерация ORCID iD 0000-0002-7058-8853
  • Ярошенко А.А. Севастопольский государственный университет;Морской институт им. вице-адмирала В.А. Корнилова – филиал Государственного морского университета им. адм. Ф.Ф. Ушакова, Российская Федерация ORCID iD 0000-0002-6471-0162

УДК

534.231

EDN

TTMCJG

DOI:

10.31429/vestnik-23-3-55-67

Аннотация

Для распространения звука в морях и океанах важно знать не абсолютное значение скорости звука, а форму его профиля. От формы профиля зависит дальность распространения звука. Скорость распространения звука сильно зависит от температуры (Т, °C), солености (S, ‰) и гидростатического давления (Р, атм.). В статье приведены среднемесячные вертикальные профили температуры, скорости звука и сезонные профили солености для центральной части Черного моря. Наибольшее влияние на скорость звука в море оказывает температура. Ось подводного звукового канала (ПЗК) совпадает с минимальным значением температуры. Ось ПЗК находится на глубине 35–55 м. В зимний период ПЗК выражен слабо, практически отсутствует. Ось ПЗК в Черном море в зависимости от сезона находится на глубине 30–80 м. В работе приведены основные эмпирические формулы для вычисления профиля скорости звука в морской воде. Выполнен их анализ. Каждое из приведенных уравнений имеет свою погрешность при вычислении скорости звука. Выбор того или иного уравнения зависит от приемлемой точности для конкретного его применения.

Ключевые слова:

скорость распространения звука, температура, соленость, гидростатическое давление, морская вода, подводный звуковой канал

Информация о финансировании

Исследование не имело спонсорской поддержки.

Информация об авторах

  • Ольга Ростиславовна Ластовенко

    канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры "Высшая математика" Севастопольского государственного университета

  • Виктор Александрович Лисютин

    канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры "Физика" Севастопольского государственного университета

  • Жанна Владимировна Маленко

    канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры фундаментальных дисциплин Морского института им. вице-адмирала В.А. Корнилова – филиала Государственного морского университета им. адм. Ф.Ф. Ушакова

  • Александр Александрович Ярошенко

    д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой фундаментальных дисциплин Морскоого института им. вице-адмирала В.А. Корнилова – филиала Государственного морского университета им. адм. Ф.Ф. Ушакова; профессор кафедры "Высшая математика" Севастопольского государственного университета

Библиографические ссылки

  1. Сташкевич, А.П., Акустика моря. Ленинград, Судостроение, 1966. [Stashkevich A.P. Akustika moray = Sea acoustics. Leningrad, Sudostroenie, 1966. (in Russian)]
  2. Del Grosso, V.A., New equation for the speed of sound in natural waters (with comparisons to other equations). Journal of the Acoustical Society of America, 1974, vol. 56, iss. 4, pp. 1084–1091. DOI: 10.1121/1.1903388
  3. Wilson, W.D., Extrapolation of the Equation for the Speed of Sound in Sea Water. Journal of the Acoustical Society of America, 1962, vol. 34, iss. 6, pp. 866. DOI: 10.1121/1.1918215
  4. Полосин, А.С., Вычисление скорости звука в морской воде. Вестник МГУ. Сер. 5, География, 1967, № 3, с. 101–106. [Polosin, A.S., Calculation of the speed of sound in sea water. Vestnik MGU. Ser. 5, Geografiya = Bulletin of Moscow State University. Series 5, Geography, 1967, iss. 3, pp. 101–106. (in Russian)]
  5. Leroy, C.C., Development of Simple Equations for Accurate and More Realistic Calculation of the Speed of Sound in Seawater. Journal of the Acoustical Society of America, 1969, vol. 46, iss. 1B, pp. 216–226. DOI: 10.1016/0041-624x(69)90929-9
  6. Frye, H.W., Pugh, J.D., A New Equation for the Speed of Sound in Seawater. Journal of the Acoustical Society of America, 1971, vol. 50, iss. 1B, pp. 384–386. DOI: 10.1121/1.1912645
  7. Chen, C.-T., Millero F.J., Speed of sound in seawater at high pressures. Journal of the Acoustical Society of America, 1977, vol. 62, iss. 5, pp. 1129–1135. DOI: 10.1121/1.381646
  8. Fofonoff, N.P., Millard Jr, R.C., Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO technical papers in marine science, 1983, no. 44, pp. 44–54. DOI: 10.25607/OBP-1450
  9. Wong, G.S.K., Zhu, S., Speed of sound in seawater as a function of salinity, temperature and pressure. Journal of the Acoustical Society of America, 1995, vol. 97, iss. 3, pp. 1732–1736. DOI: 10.1121/1.413048
  10. Dushaw, B.D., Worcester, P.F., Cornuelle, B.D., Howe B.M., On equations for the speed of sound in sea water. Journal of the Acoustical Society of America, 1993, vol. 93, iss.1, pp. 255–275. DOI: 10.1121/1.405660
  11. Meinen, C.S., Watts, D.R., Further evidence that the sound-speed algorithm of Del Grosso is more accurate than that of Chen and Millero. Journal of the Acoustical Society of America, 1977, vol. 102, iss. 4, pp. 2058–2062. DOI: 10.1121/1.419655
  12. Millero, F.J., Li, Xu., Comments on "On equations for the speed of sound in seawater". Journal of the Acoustical Society of America, 1994, vol. 95, iss. 5, pp. 2757–2759. DOI: 10.1121/1.409844
  13. Speisberger, J.L., Metzger, K., New estimates of sound speed in water. Journal of the Acoustical Society of America, 1991, vol. 89, iss. 4, pp. 1697–1700. DOI: 10.1121/1.401002
  14. Speisberger, J.L., Metzger, K., A new algorithm for sound speed in seawater. Journal of the Acoustical Society of America, 1991, vol. 89, iss. 6, pp. 2677–2687. DOI: 10.1121/1.400707
  15. Speisberger, J.L., Is Del Grosso's sound-speed algorithm correct? Journal of the Acoustical Society of America, 1993, vol. 93, iss. 4, pp. 2235–2237. DOI: 10.1121/1.406686
  16. Pike, J.M., Beiboer, F.L., A comparison between algorithms for the speed of sound in seawater. The Hydrographic Society, Special Publication, 1993, iss. 34.
  17. Греков, А.Н., Греков, Н.А., Сычев, Е.Н., Уравнение скорости звука для аномальных зон океанов и морей. Системы контроля окружающей среды, 2016, № 4(24), с. 27–31. [Grekov, A.N., Grekov, N.A., Sychev, E.N., Equation for the speed of sound in anomalous zones of oceans and seas. Sistemy kontrolya okruzhayushchej sredy = Environmental control systems, 2016, no. 4(24), pp. 27–31. (in Russian)]
  18. Греков, А.Н., Греков, Н.А., Сычев, Е.Н., Кузьмин, К.А., Метод расчета скорости звука в морской воде для измерения быстроменяющихся океанических процессов. Океанологические исследования, 2022, т. 50, № 2, с. 5–33. [Grekov, A.N., Grekov, N.A., Sychev, E.N., Kuzmin, K.A., A method for calculating the speed of sound in seawater to measure rapidly changing ocean processes. Okeanologicheskie issledovaniya = Oceanological research, 2022, vol. 50, no. 2, pp. 5–33. (in Russian)] DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2022.50(2).1
  19. IOC, SCOR and IAPSO, 2010: The international thermodynamic equation of seawater – 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanographic Commission, Manuals and Guides No. 56, UNESCO (English). url{https://www.teos-10.org/pubs/oldTEOS-10manuals/TEOS-10Manual3rdSeptember2010.pdf}
  20. Толстошеев, А.П., Лунев, Е.Г., Мотыжев, С.В., Дыкман, В.З., Модуль оценивания солености морской воды на основе измерений скорости звука. Морской гидрофизический журнал, 2021, т. 37, № 1(217), с. 132–142. [Tolstosheev, A.P., Lunev, E.G., Motyzhev, S.V., Dykman, V.Z., Module for estimating seawater salinity based on sound velocity measurements. Morskoj gidrofizicheskij zhurnal = Marine Hydrophysical Journal, 2021, vol. 37, no. 1(217), pp. 132–142. (in Russian)] DOI: 10.22449/0233-7584-2021-1-132-142
  21. Коротаев, Г.К., Толстошеев, А.П., Лунев, Е.Г., Мотыжев, С.В., Дыкман, В.З., Пряхина, С.Ф., Долговременные автономные наблюдения солености морской воды по измерениям температуры и скорости звука в поверхностном слое Черного моря. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, т. 503, № 2, с. 166–171. [Korotayev, G.K., Tolstosheev, A.P., Lunev, E.G., Motyzhev, S.V., Dykman, V.Z., Pryakhina, S.F., Long-term autonomous observations of seawater salinity based on measurements of temperature and sound velocity in the surface layer of the Black Sea. Doklady Rossijskoj akademii nauk. Nauki o Zemle = Reports of the Russian Academy of Sciences. Earth Sciences, 2022, vol. 503, no. 2, pp. 166–171. (in Russian)] DOI: 10.31857/S2686739722040077
  22. Jamshidi, S., Abu Bakar, M.N.B., An Analysis on Sound Speed in Seawater using CTD Data. Journal of Applied Sciences, 2010, vol. 10, iss. 2, pp. 132–138. DOI: 10.3923/jas.2010.132.138
  23. Talib, K., Yusof, O., Sulaiman, S., Azizan, A., Determination of speed of sound using empirical equations and SVP. In Proceedings of the IEEE 7th International Colloquium on Signal Processing and Its Applications, CSPA2011, Penang, Malaysia, 4–6 March 2011, pp. 252–256. DOI: 10.1109/CSPA.2011.5759882
  24. Von Rohden, C., Fehres, F., Rudtsch., S., Capability of pure water calibrated time-of-flight sensors for the determination of speed of sound in seawater. Journal of the Acoustical Society of America, 2015, vol. 138, iss. 2, pp. 651–662. DOI: 10.1121/1.4926380
  25. Chen, C., Ma, Y., Liu, Y., Reconstructing sound speed profiles worldwide with sea surface data. Applied Ocean Research, 2018, vol. 77, pp. 26–33. DOI: 10.1016j.apor.2018.05.002
  26. Makar, А., Simplified Method of Determination of the Sound Speed in Water on the Basis of Temperature Measurements and Salinity Prediction for Shallow Water Bathymetry. Remote Sensing, 2022, vol. 14, iss. 3. art. 636, pp. 1–20. DOI: 10.3390/rs14030636
  27. Walker, J.L., Zeng, Z., ZoBell, V.M., Frasier, K.E., Underwater sound speed profile estimation from vessel traffic recordings and multi-view neural networks. Journal of the Acoustical Society of America, 2024, vol. 155, iss. 5, pp. 3015–3026. DOI: 10.1121/10.0025920
  28. Ярошенко, А.А., Дегтяр, А.Д., Затухание звука в морской среде (обзор). Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2023, т. 20, № 2, с. 70–81. [Yarochenko A.A., Degtyar, A.D. Sound attenuation in the marine environment (review). Ecological Bulletin of the scientific centers of the Black Sea Economic Cooperation = Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2023, vol. 20, no. 2, pp. 70–81. (in Russian)] DOI: 10.31429/vestnik-20-2-70-81
  29. Бреховских, Л.М., Лысанов, Ю.П., Теоретические основы акустики океана. Москва, Наука, 2007. [Brekhovskih, L.M., Lysanov, Yu.P., Teoreticheskie osnovy akustiki okeana = Theoretical Foundations of Ocean Acoustics. Moscow, Nauka, 2007. (in Russian)]
  30. Leroy, C.C., Robinson, S.P., Goldsmith, M.J., A new equation for the accurate calculation of sound speed in all oceans. Journal of the Acoustical Society of America, 2008, vol. 124, no. 5, pp. 2774–2782. DOI: 10.1121/1.2988296
  31. Белокопытов, В.Н., Климатические характеристики скорости звука в северо-восточной части Черного моря. Морской гидрофизический журнал, Севастополь, 2004, № 3, с. 67–72. [Belokopytov, V.N., Climatic characteristics of the speed of sound in the northeastern part of the Black Sea. Morskoj gidrofizicheskij zhurnal = Marine Hydrophysical Journal, Sevastopol, 2004, no. 3, pp. 67–72. (in Russian)]
  32. Дивизинюк, М.М., Акустические поля Черного моря. Севастополь, НИЦ "Государственный океанариум" МО Украины и НАН Украины, 1998. [Divizinyuk, M.M., Akusticheskie polya Chernogo moray = Acoustic fields of the Black Sea. Sevastopol, Research Center "State Oceanarium" of the Ministry of Defense of Ukraine and the National Academy of Sciences of Ukraine, 1998. (in Russian)]
  33. Толстой, И., Клей, К.С., Акустика океана. Теория и эксперимент в подводной акустике. Москва, Мир, 1969. [Tolstoj, I., Klej, K.S., Akustika okeana. Teoriya i eksperiment v podvodnoj akustike = Ocean acoustics. Theory and experiment in underwater acoustics. Moscow, Mir, 1969. (in Russian)]
  34. Lovett, J.R., Merged seawater sound-speed equations. Journal of the Acoustical Society of America, 1978, vol. 63, no. 6, pp.1713–1718. DOI: 10.1121/1.381909
  35. Урик, Р.Дж., Основы гидроакустики. Ленинград, Судостроение, 1978. [Urik, R.Dzh., Osnovy gidroakustiki = Fundamentals of hydroacoustics. Leningrad, Shipbuilding, 1978. (in Russian)]
  36. Бреховских, Л.М., Акустика океана. Москва, Наука, 1974. [Brekhovskih, L.M., Akustika okeana = Ocean acoustics. Moscow, Nauka, 1974. (in Russian)]
  37. Каменкович, В.М., Монина, А.С., Физика океана. Гидродинамика океана. Т. 2. Москва, Наука, 1978. [Kamenkovich, V.M., Monina, A.S., Fizika okeana. Gidrodinamika okeana. T. 2 = Physics of the ocean. Ocean hydrodynamics. Vol. 2. Moscow, Nauka, 1978. (in Russian)]
  38. Medwin, H., Speed of Sound in water: A simple equation for realistic parameters. Journal of the Acoustical Society of America, 1975, vol. 58, no. 6, pp. 1318–1319.DOI: 10.1121/1.380790
  39. Leroy, C.C., Parthiot, F., Depth-pressure relationship in the oceans and seas. Journal of the Acoustical Society of America, 1998, vol. 103, no. 3, pp. 1346–1352. DOI: 10.1121/1.2534201
  40. Mackenzie, K.V., Nine-term equation for sound speed in the oceans. Journal of the Acoustical Society of America, 1981, vol. 70, no. 3, pp. 807–812. DOI: 10.1121/1.386920
  41. Coppens, A.B., Simple equation for the speed of sound in Neptunian waters. Journal of the Acoustical Society of America, 1981, vol. 69, no. 3, pp. 862–863. DOI: 10.1121/1.385486
  42. Бабий, В.И., Проблемы и перспективы измерения скорости звука в океане. Севастополь, НПЦ "ЭКОСИ-Гидрофизика", 2009. [Babiy, V.I., Problemy i perspektivy izmereniya skorosti zvuka v okeane = Problems and prospects of measuring the speed of sound in the ocean. Sevastopol, SPC "EKOSI-Hydrophysics", 2009. (in Russian)]
  43. Булгаков, Н.П., Белокопытов, В.Н., Ломакин, П.Д., Сезонная изменчивость гидроакустических характеристик на шельфе Черного моря у южного побережья Крыма. Морской гидрофизический журнал, 1996, № 3, с. 41–47. [Bulgakov, N.P., Belokopytov, V.N., Lomakin, P.D., Seasonal variability of hydroacoustic characteristics on the Black Sea shelf near the southern coast of Crimea. Morskoj gidrofizicheskij zhurnal = Marine Hydrophysical Journal, 1996, no. 3, pp. 41–47. (in Russian)]
  44. Архипкин, В.С., Деев, М.Г., Особенности поля скорости звука в Черном море. Вестник Московского университета, 2008, № 6, cер. 5, География, c. 30–33. [Arkhipkin, V.S., Deev, M.G., Features of the sound velocity field in the Black Sea. Vestnik Moskovskogo universiteta = Bulletin of the Moscow University, 2008, no. 6, ser. 5, Geography, pp. 30–33. (in Russian)]
  45. Иванов, В.А., Белокопытов, В.Н., Океанография Черного моря. Севастополь, Морской гидрофизический институт НАНУ, 2011. [Ivanov, V.A., Belokopytov, V.N., Okeanografiya Chernogo morya = Oceanography of the Black Sea. Sevastopol, Marine Hydrophysical Institute of NASU, 2011. (in Russian)]
  46. Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО) [Unified State Information System on the Ocean Environment (ESIMO)]. http://esimo.ru/portal/portal/esimo-user/main

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Загрузки

Выпуск

Том 23 (2026) № 3

Страницы

55-67

Раздел

Физика

Даты

Поступила в редакцию

1 февраля 2026

Принята к публикации

23 сентября 2026

Публикация

25 сентября 2026

Как цитировать

[1]
Ластовенко, О.Р., Лисютин, В.А., Маленко, Ж.В., Ярошенко, А.А., Скорость звука в морской среде и ее вычисление (обзор). Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2026, т. 23, № 3, pp. 55–67. DOI: 10.31429/vestnik-23-3-55-67

Лицензия

Copyright (c) 2026 Ластовенко О.Р, Лисютин В.А., Маленко Ж.В., Ярошенко А.А.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Похожие статьи

1-10 из 121

Вы также можете начать расширенный поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)